[发明专利]砂浆和混凝土中硫酸根离子扩散系数测定装置及方法

说明书

本发明公开了一种砂浆和混凝土中硫酸根离子扩散系数测定装置及方法，包括直流电源、阳极板、阴极板、阳极端溶液装载槽、阴极端溶液装载槽以及试件装载槽；阳极端溶液装载槽内装有氢氧化钠水溶液，阳极板位于阳极端溶液装载槽内氢氧化钠水溶液中；阴极端溶液装载槽内装有硫酸盐和氢氧化钠的混合水溶液，阴极板位于阴极端溶液装载槽内硫酸盐和氢氧化钠的混合水溶液中；试件装载槽用于放置测试试件，其位于阳极端溶液装载槽和阴极端溶液装载槽之间，两端分别与阳极端溶液装载槽和阴极端溶液装载槽连通；阳极板和阴极板分别通过导线与直流电源的正、负极连接。通过测定硫酸根离子渗透过测试样品进入目标溶液的初始时间计算得出硫酸根离子扩散系数。

技术领域

本发明涉及混凝土耐久性试验测试技术领域，具体涉及一种砂浆和混凝土中硫酸根离子扩散系数测定装置及方法。

背景技术

硫酸盐侵蚀是影响水泥基材料耐久性的主要原因之一，包括内部和外部硫酸盐侵蚀。内部硫酸盐侵蚀主要来源于过量石膏或外加剂引入硫酸盐，外部硫酸盐侵蚀主要 由于海水、地下水、河水和盐碱地中大量的硫酸盐，侵入水泥基材料内部，和水泥水 化产物氢氧化钙和单硫型硫铝酸钙或未完全水化矿物铝酸三钙反应，生成钙矾石和石 膏等膨胀性产物引起结构膨胀开裂。对于含碳酸钙水泥基材料，硫酸盐或硫酸盐产物 还将与碳酸钙以及水化硅酸钙或未反应的硅酸钙矿物发生化学反应生成碳硫硅钙石， 引起水泥基材料结构溃散破坏。

外部硫酸盐侵蚀的发生源于硫酸根离子的侵入、扩散、渗透和破坏。侵蚀过程按照离子作用可分为三个过程：(1)硫酸根离子以扩散作用的方式进入水中，以水溶硫 酸根离子形式存在，通过水介质传播进入水泥基材料孔隙内部；(2)水化产物氢氧化 钙与孔隙溶液中硫酸根离子发生化学反应，生成溶解度比较低的CaSO₄，小部分的 CaSO₄在水中溶解，大部分在溶液中达到离子饱和后，以水合硫酸钙形式析出，产生 结晶膨胀；(3)硫酸钙与铝酸三钙、水化铝酸钙、单硫型硫铝酸钙反应生成溶解度较 低的钙矾石，钙矾石快速析晶，导致孔隙外壁受压，水泥基体发生膨胀开裂。外部硫 酸盐侵蚀作用由水泥基材料表层逐渐延伸至结构内部，不断与水泥基体发生化学反应 生成膨胀性产物，水泥基材料破坏程度随之严重。研究硫酸盐扩散系数可表征水泥砂 浆和混凝土结构的硫酸盐扩散渗透程度，评价砂浆和混凝土硫酸盐侵蚀破坏情况。

目前，硫酸盐扩散研究主要通过测定不同深度水泥基材料硫酸盐产物或硫酸根离子溶出浓度来表征，能够定性表征硫酸盐侵入和反应程度，然而不能定量表征硫酸根 离子的扩散系数。目前，主要采用电通量法、稳态电迁移试验方法、非稳态电迁移试 验方法和饱盐电导率法测定混凝土材料氯离子扩散系数，同时也有专利提出钙离子扩 散系数测定方法。其中，氯离子扩散系数测定方法(RCM)根据扩散深度计算扩散系 数，钙离子扩散系数测定方法(CN201210106775)，根据钙离子迁移速率计算扩散系 数。但是还未有专门用于测定硫酸根离子扩散系数的装置及方法的报道。

发明内容

发明目的：本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种砂浆和混凝土中硫酸根离子扩散系数测定装置及方法，从而定量表征外部硫酸盐在砂浆和混 凝土中的侵入和扩散特性。

为了解决实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种砂浆和混凝土中硫酸根离子扩散系数测定装置，包括直流电源、阳极板、阴极板、阳极端溶液装载槽、阴极端溶液装载槽以及试件装载槽；

所述阳极端溶液装载槽内装有氢氧化钠水溶液，所述阳极板位于阳极端溶液装载槽内，且浸入氢氧化钠水溶液内；

所述阴极端溶液装载槽内装有硫酸盐和氢氧化钠的混合水溶液，所述阴极板位于阴极端溶液装载槽内，且浸入硫酸盐和氢氧化钠的混合水溶液内；

所述试件装载槽用于放置测试试件，其位于阳极端溶液装载槽和阴极端溶液装载槽之间，两端分别与阳极端溶液装载槽和阴极端溶液装载槽连通；